الانعكاس ومعادلات فرينل
تُعطي معادلات فرينل نسبة الضوء المنعكس والمنتقل عند سطح فاصل كدالة للاستقطاب وزاوية السقوط.
Definition
مجموعة العلاقات، المستمدة من شروط الحدود الكهرومغناطيسية، التي تحدد سعات وأطوار الموجات المنعكسة والمنتقلة عند سطح فاصل لكل استقطاب وزاوية سقوط.
Scope
يغطي هذا الموضوع ما يحدث للضوء عند الحد الفاصل بين وسطين. ويشمل اشتقاق معاملات انعكاس السعة والانتقال من شروط الحدود على المجالات الكهرومغناطيسية، والسلوك المنفصل لمكوني الاستقطاب المتوازيين والعموديين على مستوى السقوط، والانعكاسية والنفاذية في الشدة، وزاوية بروستر التي تكون عندها الموجة المنعكسة مستقطبة بالكامل، والانعكاس الكلي الداخلي والموجة المتلاشية المصاحبة وتحول الطور، والحالة الخاصة للسقوط العمودي. ويربط الاستقطاب بالظواهر اليومية للانعكاس.
Core questions
- ما هي نسبة الضوء المنعكس عند سطح فاصل وكيف تعتمد على الزاوية؟
- لماذا ينعكس مكونا الاستقطاب بشكل مختلف؟
- ما هي زاوية بروستر ولماذا يكون الضوء المنعكس عندها مستقطبًا بالكامل؟
- ماذا يحدث عند زاوية الانعكاس الكلي الداخلي وما بعدها؟
Key concepts
- معادلات فرينل
- معامل الانعكاس
- معامل الانتقال
- الانعكاسية والنفاذية
- مستوى السقوط
- زاوية بروستر
- الانعكاس الكلي الداخلي
- الموجة المتلاشية
Key theories
- معاملات انعكاس وانتقال فرينل
- يؤدي تطبيق استمرارية المجالات الكهربائية والمغناطيسية المماسية عند سطح فاصل إلى معادلات فرينل، التي تعطي معاملات انعكاس وانتقال السعة للاستقطابات المتوازية والعمودية كدوال لزاوية السقوط ومعاملات الانكسار.
- زاوية بروستر والاستقطاب عند الانعكاس
- عند زاوية بروستر، يختفي الانعكاس المستقطب بشكل متوازٍ، لذا يكون الضوء المنعكس مستقطبًا بالكامل بشكل عمودي؛ وهذا يتبع مباشرة من معادلات فرينل ويفسر استقطاب الوهج.
Clinical relevance
يحكم انعكاس فرينل الضوء المفقود عند أسطح العدسات والألياف والأسطح البينية للأنسجة في الأنظمة البصرية الطبية، مما يحفز استخدام الطلاءات المضادة للانعكاس ومطابقة معامل الانكسار، بينما يكمن الانعكاس الكلي الداخلي وراء المناظير الليفية البصرية وبعض أجهزة الاستشعار الحيوية.
History
اشتق فرينل صيغه للانعكاس والانتقال في أوائل عشرينيات القرن التاسع عشر من نظريته للموجات المستعرضة للضوء، موضحًا التغيرات في الاستقطاب التي لاحظها مالوس وبروستر عند الانعكاس. وقدمت نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية لاحقًا الاشتقاق الدقيق من شروط الحدود على المجالات.
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- James Clerk Maxwell
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- لماذا يكون الوهج من الماء أو الطرق مستقطبًا؟
- الضوء المنعكس بالقرب من زاوية بروستر يتم كبته بشدة للاستقطاب في مستوى السقوط، مما يترك الوهج المنعكس مستقطبًا بشكل سائد وموازٍ للسطح، والذي يمكن للمرشحات المستقطبة بعد ذلك حجبه.
- هل يفقد الانعكاس الكلي الداخلي أي ضوء في الوسط الثاني؟
- لا تنتقل أي طاقة في المتوسط، لكن المجال لا يتوقف فجأة عند الحد الفاصل؛ فموجة متلاشية تخترق جزءًا من طول الموجة في الوسط الثاني قبل أن تضمحل، ويُستغل هذا في تطبيقات الاستشعار والاقتران.